基于空间仿真模型分析750kV超高压对管道安全巡检的影响|安全运行研究|管道保护网

基于空间仿真模型分析750kV超高压对管道安全巡检的影响

来源：西部管道甘肃输油分公司作者：邢占元寇乾谢伟张平平王智斌时间：2018-4-24 阅读：

摘要：西北电网在甘肃省河西走廊修建的750 kV超高压输变电线路与中国石油西部管道甘肃输油分公司的原油、成品油管道存在10处交叉跨越。 750 kV超高压输变电线路的投产除了会对管道的防腐造成影响外，还会与管道的安全巡线产生冲突。主要分析了电磁感应与工频电场对管道巡线、尤其是对阴保测试桩的影响。并通过建模仿真分析了750 kV超高压输变电线路对管道巡护管理的危害及日常管理中防止可能发生危险的预防措施。

关键词： 750kV 管道阴保测试桩电磁感应电场强度建模仿真

1. 引言

自国家西部大开发战略实施以来，西气东输、西油东输、西电东送等国家重点标志性工程相继建成。河西走廊已成为我国重要的能源走廊。但由于河西走廊为宽数公里至近百公里的西北至东南走向的狭长平地，形如走廊，油气管道与高压电网在此不可避免的出现了并行及交叉跨越。

目前， 750 kV超高压输变电线路与原油成品油管道存在10处交叉跨越。通过西部管道甘肃输油分公司观察测量， 750 kV超高压输变电线路的投产除了会对管道的防腐造成影响外，还会与管道的安全巡线产生冲突。

2. 电磁感应对管道巡线的影响

2.1 空间电场与磁场关系

国家《电磁辐射管理办法》规定100千伏以上为电磁强辐射工程。麦克斯韦认为：磁场中沿任意闭合回路磁场强度的环流应等于此闭合回路所围住的全电流。这就是全电流的安培环路定律。即：

法拉指出位移电流的本质：变化的电场要产生磁场。感生电场：变化的磁场在其周围空间激发一种电场，称之为感生电场。

2.2 输电线路的自然功率

在规划电网电压等级时，通常用自然功率来粗略的比较不同电压等级的输电能力。自然功率是在输电线路上相当于式1-3的波阻抗负荷时线路所输送的功率，其中Lo是输电线路的单位长度串联电感，Co是线路单位长度的电容。自然功率如式1-4

据此可算得不同电压等级的输电线路的自然功率如表2-1所示

2.3 阴极保护测试桩

西部管道甘肃段的阴极保护测试桩的标准设计是：桩高3000 mm，直径140 mm，桩基础埋深800 mm，地上部分2200 mm。

2.4 建模分析

结合全电流的安培环路定律，法拉第电磁感应定律，不考虑测试桩与大地相连，建立三维空间中测试桩感应电势随输电周期变化模型（为便于建模将测试桩放大十倍），结果如下图所示。

从图中标志点（坐标z缩小十倍）可以看出穿跨越附近的测试桩因电磁感应产生的电势很小，因风沙影响实际测试桩只有2/3左右露出地面，而且测试桩本身是接地的，所以由于电磁感应产生的电势单独不足以对人造成危害。

3. 工频电场对管道巡线的影响

3.1 计算仿真

根据工频电场分布规律，选取高压线上一点

的等效电荷，建立工程应用中完全可以接受的地面工频电场强度的误差在10％以内的简单数学模型，其空间电势分布仿真结果如下图2-1，图2-2所示。图中标志点分别标注线高15.5 m、 19.5 m处的工频电场强度。

从仿真结果可以看出线高15.5——19.9 m时750 kV输电线路下方的最大电压3.5—6.3 kV/m，考虑到可能出现的测试桩和行人（路边）的不利情况， NRPB导则提出：“在50 Hz工频场之下，磁场20－50μT和电场约为1.7 kV/m，能改变绝大多数灵敏心脏起搏器行为的阈值”， “如果起搏器携带者不进入电场大于2 kV/m和磁通密度大于20μT的时变场内，不会对起搏器正常工作干扰”。所以在有750 kV穿跨越的地区所有巡线工均不得是起搏器携带者。

3.2 场强造成暂态电击

考虑到西部管道甘肃输油段管道多处于戈壁沙漠地区，地面干燥，测试桩容易成为对地绝缘体，人在工频电场中接触与地绝缘的物体，因电场强度不同将产生暂态电击。电场强度E<3 kV/m时，人感觉不到暂态电击；电场强度处在3 kV/m<E<6kV/m区间时，人感觉暂态电击有轻微的刺激感。试验和统计分析表明，稳态工频电场强度阈值15 kV/m与暂态工频电场强度阈值5 kV/m是可以接受的。从仿真结果可以看出线高15.5——19.9 m时750 kV输电线路下方的最大电压3.5—6.3 kV/m，测试桩一旦成为对地绝缘体将会对人造成暂态电击。

3.2 测试桩电火花及接触放电

美国特高压（UHV）计划，在试验线下对人进行了强电场感觉反应试验，试验结果为：机率为10%的人在10—15 kV/m电场强度下开始有感觉，当场强达到15—25 kV/m时，人体普遍感到头发、身体刺激，尤其是手臂和衣服之间感到刺痛，而且这种刺痛有少数人感到不能接受。当产生重复火花放电时，人有神经过敏的反应和无力继续工作之感。当人体与带不同电位的物体靠近时，即使没有接触也可能产生火花放电。有一组与地绝缘的志愿者，每人举起手指尖靠近接地物体， “10%的人感觉到有火花放电的阈值是0.6—1.5 kV/m。引起烦恼的阈值大约会是2.0-3.5 kV/m。大的接触电流可能引起肌肉收缩。在男性志愿者中，在50/60 Hz时50%的人不能释放带电物体的阈值电流9 mA”。

通过自2010年12月25日750 kV超高压投产以来对跨越处的管道测试桩的测量发现，部分测试桩带电已达20多伏，部分时间甚至达到36伏。从表3-1可以看出人体电阻值在一定范围内波动，人体电阻的通常值是1500—300000Ω间变化，计算流过人体电流的等效电路见图3-3。

通过测试结果可以看出，在这种情况下，通过人体的电流在0.1 mA至20 mA之间变化。人体对不同大小的电流反应见表3-2，对人体健康可能造成的伤害是，人与测试桩接触时电流持续地通过人体，这一值处于摆脱电流（女性6mA，男性9mA）之间。电流值依人和触电时间而有所不同。一般认为，可引起感觉的临界电流值是1mA。 9—25mA的电流可以使肌肉失去控制力。研究表明，手臂和腿之间的最大安全电流是100mA持续3秒钟，电流再大就会可能由于心脏的心室纤维性颤动而造成死亡。